以下、図面を参照して実施形態にかかる保持機構、マニピュレータ、及びハンドリングロボットシステムについて説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
(第1の実施形態)
第1の実施形態について図1を参照して説明する。図1は、第1の実施形態にかかる保持機構を用いたハンドリングロボットシステムの一例を示す概略図である。
図1に示すように、ハンドリングロボットシステム100は、マニピュレータ110、制御装置120、認識装置130、搬送装置140を備える。
ハンドリングロボットシステム100は、積載領域150に積載された複数の物品Gを認識装置130により認識する。そして、その認識結果に基づいて制御装置120は、マニピュレータ110を駆動することにより物品Gを保持しつつ物品Gを搬送装置140に移載する。また、搬送装置140上に位置する物品Gをマニピュレータ110により保持しつつ積載領域150に物品Gを移載する。物品Gとは、段ボール箱等に入れられた製品、袋等でパッケージされた製品、製品そのもの等を含む。また、物品Gは、商品や製品に限定されず外形を有する物体を広く含む。物品Gは、物体と称されることもある。
まず、マニピュレータ110について説明する。
図1に示すようにマニピュレータ110は、駆動機構111、基部112、保持機構1を備える。
駆動機構111は、少なくとも2つのリンク1111、リンク1111の端部にそれぞれ接続されリンクを駆動可能な複数の関節部1112を備える。リンク1111の先端には、例えば関節部1112を介して保持機構1が設置される。関節部1112は、例えば、モータ、エンコーダ及び減速機等で構成される。駆動機構111は、モータの駆動により各リンクをそれぞれ回転又は直動可能である。これにより、駆動機構111は、先端に設けられた保持機構1を所定の位置まで移動する。関節部1112は、1軸方向の回転に限定されず多軸方向の回転を含む。駆動機構111は、いわゆる垂直多関節型のロボットである。また、駆動機構111は、3軸(XYZ軸)方向の直動機構とリンクを回転させる回転軸と関節部を組合せた構成でも良い。
基部112は、駆動機構111の端部を固定する。基部112は、床面や地面に設置される。基部112は、例えば移動可能な台車等であり、マニピュレータ110が床面上を移動可能であっても良い。
次に、保持機構1について説明する。
図2は、第1の実施形態にかかる保持機構1の構成を示す図である。図2(a)は、保持機構1を+Y方向から見た正面図である。図2(b)は、保持機構1を−Z方向から見た図である。図2(c)は、図2(a)のA−A断面を矢印方向から見た図である。
図3は、第1の実施形態にかかる保持機構1が物品を保持する前後の状態を示す図である。図3(a)に示す保持機構1は、保持機構1が物品を保持する前の状態を示す。保持機構1がいわゆる「開いた状態」である。「開いた状態」とは、物品を保持していない時の保持機構1の状態の一例である。図3(b)に示す保持機構1は、保持機構1が物品を保持した後の状態を示す。保持機構1がいわゆる「閉じた状態」である。「閉じた状態」とは、物品を保持している時の保持機構1の状態を示す。また、保持機構の保持部が物品に近づいた状態を示す。図の袋部材は、内部の構成が解り易いように透明として図示しているが、それに限定されない。
ここで、説明の便宜上、+X方向、−X方向、+Y方向、−Y方向、+Z方向、および−Z方向について定義する。+X方向、−X方向、+Y方向、および−Y方向は、例えば、略水平面に沿う方向である。−X方向は、+X方向の反対方向である。実施形態において、+X方向、−X方向は例えば「保持機構1が開いた状態で、保持部が沿う方向」である。+Y方向は、+X方向と交差する方向(例えば略直交する方向)である。−Y方向は+Y方向の反対方向である。+Z方向は、+X方向および+Y方向と交差する方向(例えば略直交する方向)であり、例えば略鉛直上向き方向である。−Z方向は+Z方向の反対方向であり、例えば略鉛直下向き方向である。定義の座標軸は、保持機構1を基準としているため、マニピュレータ110に設置された保持機構1の向きにより適宜変更される。
図2に示すように保持機構1は、保持部10、保持部11、圧力源12、基台13を備える。
保持部10、11は、それぞれ、弾性板14、突起部15、袋部材16を備える。
保持機構1は、圧力源12を用いて袋部材の内部圧力を変化させることにより、保持部10、11を屈曲させて物品Gを保持する。
図3に示すように弾性板14は、保持機構1が開いた状態でX方向に沿った状態となるように配置される。弾性板14は、外力がかかると所定の方向に屈曲可能な板である。弾性板14は、金属製の薄板であることが好ましいが、例えば樹脂部材であっても良い。弾性板14には、弾性板14の屈曲度合を計測可能な曲げセンサ(図示しない)が設けられても良い。曲げセンサは、曲がると抵抗値が変化するセンサ等が用いられる。曲げセンサは、後述する制御装置120に接続される。弾性板14は、第1弾性体とも称される。
図2に示すように突起部15は、弾性板14の表面に設けられている。また突起部15は、弾性板14の屈曲する側の面に設けられるのが好ましい。屈曲する側の面とは、図3(a)に示すように物品Gの位置する側の弾性板14の表面(−Z方向の面)である。突起部15の数は、突起部15A〜15Eの5つであるがこれに限定されない。突起部15A〜15Eは略直方体形状であり、X方向に所定の距離をおいて並んで配置される。図2(c)に示すように各突起部のX方向の壁面には、穴部H1が設けられていることが好ましい。穴部H1は、切欠きのような形状であっても良い。
突起部15は、弾性部材、金属部材、あるいは樹脂部材等で形成される。突起部15の部材は、ある程度の剛性を確保できる部材であれば何でも良い。突起部15の形状は、上述した立方体や直方体形状に限らず、円錐形状や円筒形状など立体形状であれば何でも良い。
袋部材16は、内部が中空構造であり、弾性板14と突起部15を覆う。袋部材16には、後述する圧力源12と接続するためのチューブ16Aが設けられている。袋部材16の内部は、内部の流体が流出しないように密閉されていることが好ましいがこれに限定されない。袋部材16は、内部に流体が供給されると膨張し、流体が排出されると縮小する。袋部材16は、ゴム等の弾性部材であることが好ましいが、それに限定されない。袋部材16は、ビニール等であっても良い。袋部材16の外面(物品Gと接触する面)には、物品Gとの接触を検出可能な接触センサ(図示しない)、力覚センサ(図示しない)、近接センサ(図示しない)が設けられても良い。これらのセンサは、後述する制御装置120に接続される。袋部材16は、第2弾性体とも称される。
袋部材16のチューブ16Aは、流体を流通可能な円筒のチューブである。チューブ16Aは、内部の圧力変化に耐えうる構造であることが好ましく、例えばウレタン製等である。また、袋部材16には、弾性板14の端部を固定するための固定部材16B(図示しない)が設けられても良い。固定部材16Bはチューブ16Aと一体として設けられても良い。固定部材16Bは、継手部とも称される。また、袋部材16には、内部の圧力を測定可能な圧力センサ(図示しない)が設けられても良い。圧力センサは、袋部材16のチューブ16Aに設けられても良い。圧力センサは、後述する制御装置120に接続される。
圧力源12は、加圧装置12A、減圧装置12B、方向切り替え弁12Cを備える。圧力源12には、保持部10、11が接続される。
加圧装置12Aは、保持部10、11それぞれの袋部材16の内部に流体を供給することにより、袋部材16の内部圧力を増加させる。これにより袋部材16は、膨張する。加圧装置12Aには、コンプレッサを用いても良い。コンプレッサ以外には、例えば工場内の空気供給部(空気配管など)から空気を取り込むことにより加圧装置12Aとしても良い。
減圧装置12Bは、袋部材16の内部の流体を吸引することにより、内部圧力を低下させる。これにより袋部材16は、縮小する。減圧装置12Bは、ポンプを用いても良い。ポンプ以外に、例えば加圧装置12Aと真空発生器を組み合わせて負圧を発生させることにより減圧装置12Bとしても良い。ここで流体とは、空気だけでなく、例えば空気以外のガス等、水や油等の液体も含む。
方向切り替え弁12Cは、袋部材16のチューブ16Aと接続される。また方向切り替え弁12Cは、加圧装置12Aと減圧装置12Bに接続される。方向切り替え弁12Cは、袋部材16のチューブ16Aが加圧装置12A、減圧装置12Bのいずれに接続されるかを切り替える。
基台13には、保持部10、11が接続される。図3(a)に示すように基台13は、保持部10、11の端部と接続され、保持部をX方向に沿うように固定する。基台13は、例えば袋部材16の固定部材16Bと接続されても良い。また基台13は、内部が中空構造となっており、袋部材16のチューブ16Aが基台13の内部に位置していても良い。基台13には、圧力源12が設けられても良い。基台13は、駆動機構111の端部と接続される。基台には、物品Gまでの距離や物品Gの位置や形状を認識可能なカメラや光学センサ(図示しない)が設けられても良い。また、基台には、物品Gの重量を計測可能なセンサ(図示しない)が設けられても良い。これらのセンサは、後述する制御装置120に接続される。
保持機構1は、圧力源12を含む構成として説明したが、これに限定されない。圧力源12は、基部112に設けられていても良く、その他の別の位置に設けられても良い。
ここで本実施形態にかかる保持機構1の動作について詳しく説明する。
図3(a)に示すように保持機構1の保持部10、11は、袋部材16に流体が供給されていない場合、弾性板14の弾性作用によりX方向に沿った状態となっている。袋部材16は、内部に流体が供給されると(内部圧力が上昇すると)、膨張することによりX方向に沿って高剛性となる。この時、保持機構1は、開いた状態である。袋部材16は、内部の流体が排出されると(内部圧力が減少すると)縮小し、弾性板14がY方向と略平行である軸周りに屈曲する。図3(b)に示すように弾性板14の屈曲方向は、突起部15が設けられている方向に屈曲する。袋部材16の縮小過程において、袋部材16と隣り合う突起部との間に小空間Spがそれぞれ形成され、袋部材16の縮小(内部圧力の低下)に応じて小空間Spの体積が減少するためである。つまり、隣り合う突起部15の先端が近づく方向に力が作用するため、弾性板14は突起部15が設けられている方向に屈曲する。図3(b)に示すように保持部10は、略Y軸回りに反時計回り(CCW)に屈曲し、保持部11は、略Y軸回りに時計回り(CW)に屈曲する。これにより物品Gは、保持部10、11に挟持される。この時、保持機構1は、閉じた状態である。このように保持機構1は、袋部材16の内部圧力を変化させることにより閉じた状態、又は開いた状態を切り替え可能である。また、保持の安定化のため袋部材16の物品Gとの接触面には、滑り止めのゴム製部材等が設けられていても良い。
保持機構1が閉じた状態での保持部10、11の屈曲角度や保持力は、突起部15の配置や袋部材16の縮小量(減圧量)により適宜変更可能である。例えば、保持部10、11間の距離を大きく取りたい場合は、突起部15のX方向の間隔を大きくするのが良い。または、袋部材16の減圧量を小さくしても良い。
保持機構1の保持力を大きくしたい場合は、例えば突起部15の高さを大きくすれば良い。または、減圧装置12Bが袋部材16の内部を減圧する際、圧力の低下量を大きくすることにより保持力を調整可能である。
次に、制御装置120について説明する。
図4は、制御装置120の構成と各種センサ及び圧力源12との関係を示すブロック図である。
図4に示すように制御装置120は、入力部121、コマンド生成部122、目標指令値を生成する目標生成部123、駆動制御部124、ドライバ125、信号処理部126、判定部127を備える。
入力部121は、マニピュレータ110の動作指令情報が入力される箇所である。入力部121への入力は、例えば、タッチパネルやモニタ等で直接入力しても良いし、無線や有線で離れた場所から入力しても良い。無線で通信する場合は、入力部121は通信部として機能する。通信部は、外部コンピュータやサーバからの動作指令情報を受信する。通信部として無線通信装置が好ましいが、それ以外にも、通信装置を通信ネットワークとして構成しても良い。通信ネットワークとしては、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。入力部121は、動作指令情報をコマンド生成部122に送信する。または、入力部121にはマイクが設置され、作業者(ユーザ)の音声により動作指令情報を入力することもできる。入力部121は、ハンドリングロボットシステム100が自動で物品Gを認識して駆動する場合は、必ずしも必要な構成では無い。また、ハンドリングロボットシステム100が各種センサ及び後述する認識装置130の情報に基づいて学習して動作する場合は、入力部121は必ずしも必要な構成では無い。
コマンド生成部122は、動作指令情報及び後述する認識装置130での物品Gの認識結果に基づいて各動作プロセスで必要となる動作手順を動作コマンドとして生成する。コマンド生成部122は、実行される動作コマンドに応じた各動作モード情報を生成する。動作コマンドは、マニピュレータ110の一連の動作に関するコマンドであり、例えばプログラムとしての情報である。動作モード情報は、個別の動作に関する情報である。例えば、保持機構1を「開く」や「下降する」といった動作である。コマンド生成部122は、動作モード情報等を記憶した記憶部を有する。記憶部には、保持する対象となる物品の形状、重量や柔軟性等の属性データも予め記憶されている。記憶部として、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。コマンド生成部122は、動作コマンドを目標生成部123へ出力する。また、コマンド生成部122は、動作コマンドの各動作モードと記憶部に記憶されている実際の動作情報を紐付けて判定部127に出力する。
目標生成部123は、コマンド生成部122から駆動機構111及び保持機構1に対する動作コマンドが入力される。目標生成部123は、駆動機構111及び保持機構1の目標指令値を生成する。目標指令値は、駆動制御部124に出力される。
駆動制御部124は、目標生成部123から駆動機構111及び保持機構1の目標指令値が入力され、目標指令値に応じて駆動機構111及び保持機構1を駆動するための駆動指令情報を生成する。駆動指令情報は、ドライバ125へ出力される。
ドライバ125は、駆動制御部124から駆動機構111及び保持機構1の駆動指令情報が入力され、駆動出力を生成する。駆動機構111及び保持機構1は、ドライバ125から駆動出力を受信し、駆動機構111内のアクチュエータや方向切り替え弁等を動作させて駆動量を調整する。
信号処理部126は、駆動機構111及び保持機構1の駆動による各種センサ(例えば、曲げセンサ、力覚センサ、近接センサ、接触センサ、圧力源12の圧力センサや流量センサ等である)や圧力源12の加圧装置12A、減圧装置12B、方向切り替え弁12Cからの信号を受信し、そのセンサ信号に対して信号増幅処理やアナログデジタル変換処理等を行う。例えば圧力センサは、方向切り替え弁12Cの動作をセンシングし、センサ信号を生成する。流量センサは、方向切り替え弁12Cの動作をセンシングし、センサ信号を生成する。
弾性板14に設けられた曲げセンサは、弾性板14の屈曲動作をセンシングし、センサ信号を生成する。これらのセンサ信号は、例えば電圧値である。圧力センサにより袋部材16の内部圧力をセンシングすることで、制御装置120は、袋部材16の破損の有無を判定可能である。また、流量センサにより袋部材16の流体の流量をセンシングすることで、制御装置120は、袋部材16に流体を供給して膨張させるか、または流体を排出して縮小させるか、を判定可能である。流量センサが袋部材16に供給される流体の流量をセンシングすることで制御装置120は、袋部材16それぞれの変形速度を推定可能である。
判定部127は、信号処理部126で変換されたセンサ信号が入力される。判定部127は、センサ信号に応じて保持機構1の開閉量の調整、物品Gの保持状態を判定する。判定部127は、コマンド生成部122から動作コマンドに対応する駆動機構111及び保持機構1の動作情報を受信する。判定部127は、この動作情報とセンサ信号による情報を比較する。判定部127は、この比較結果に基づいて駆動機構111及び保持機構1の駆動の停止や物品Gの状態に応じた駆動機構111の姿勢補正等の動作コマンドを生成する。判定部127は、コマンド生成部122に対して動作コマンドを修正する戻り値コマンドを出力する。戻り値コマンドによりコマンド生成部122は、動作コマンドを補正し入力部で入力された動作指令情報に適した処理動作を実行できる。これにより保持機構1の動作の信頼性及び確実性が向上される。
コマンド生成部122、目標生成部123、駆動制御部124、信号処理部126、及び判定部127は、例えばCPU(中央演算処理装置:Central Processing Unit)やメモリや補助記憶部などを備え、プログラム等を実行する。なお、全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されても良い。
次に、認識装置130について説明する。
図1に示すように、認識装置130は、積載領域150に載置された複数の物品Gを認識する。
認識装置130は、第1画像センサ131〜第3画像センサ133、画像センサそれぞれと接続される計算機134を備える。
第1画像センサ131〜第3画像センサ133は、例えば、積載領域150に載置された複数の物品Gに対して斜め前方、上方、斜め後方に位置する。第1画像センサ131〜第3画像センサ133は、移動可能であっても良い。第1画像センサ131〜第3画像センサ133は、距離画像センサ又は赤外線ドットパターン投影方式カメラなどの三次元位置計測可能なカメラを利用することができる。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、赤外線のドットパターンを対象物品に投影し、その状態で積載領域150に載置された物品Gの赤外線画像を撮影する。赤外線画像を解析することで物品Gの3次元情報を得ることが可能である。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、カラー画像又はモノクロ画像を撮影可能であっても良い。また、赤外線ドットパターン投影方式カメラの他に、カラー画像又はモノクロ画像を取得するカメラなどの光学センサを含んでいても良い。画像は、例えば、jpg、gif、pngやbmp等の一般的に用いられている画像データでも良い。画像センサは、3つについて説明したが、それに限定されず少なくとも1つ以上であれば良い。
計算機134は、第1画像センサ131〜第3画像センサ133から出力されるデータに基づいて物品Gの位置情報を導出する。物品Gの3次元位置情報は、制御装置120へ出力される。制御装置120は、物品Gの位置情報に基づいてマニピュレータ110を制御する。計算機134は、例えばCPUやメモリや補助記憶部などを備え、プログラム等を実行する。なお、全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。
次に、搬送装置140について説明する。
図1に示すように、搬送装置140は、マニピュレータ110に保持された物品Gを載置して搬送する箇所である。
搬送装置140は、例えば複数のローラを所定の方向に並べ、ベルトを巻いたベルトコンベア141と、搬送制御装置142と、を備える。ベルトコンベア141は、複数のローラを所定の方向に回転することによりベルトを駆動し、物品Gを搬送する。搬送制御装置142は、ベルトコンベアの駆動を制御する。例えば、搬送速度や搬送方向を制御する。
搬送装置140は、ベルトコンベアに限定されず、ローラコンベアやその他のソータ等を含む。搬送制御装置142は、例えばCPUやメモリや補助記憶部を備えたコンピュータである。搬送装置140の動作は、予め設定されたプログラムにより搬送制御装置142が自動で制御する。または、作業者が手動で搬送制御装置142を操作することにより制御しても良い。
積載領域150は、物品Gが積載あるいは載置される箇所である。積載領域150は、カゴ台車、スチール台車、ボックスパレット、パレットや棚等で良い。
次に、ハンドリングロボットシステム100を用いた物品Gの保持、搬送動作の一例について説明する。
図5は、ハンドリングロボットシステム100の保持、搬送動作の一例を示すフロー図である。
まず、搬送装置140の搬送制御装置142は、ベルトコンベア141への物品Gの受け入れ準備が整うと物品位置要求信号を認識装置130の計算機134に送信する(S501)。
計算機134は、搬送制御装置142からの物品位置要求信号を受信すると、第1画像センサ131〜第3画像センサ133を用いて積載領域150上の物品Gの位置認識を開始する(S502)。
計算機134は、第1画像センサ131〜第3画像センサ133の認識結果に基づいて物品Gの位置情報を計測する。物品Gが何も検出されない場合、計算機134は、エラー信号を搬送制御装置142へ送信する(S502 No)。物品Gが検出された場合、計算機134は、物品の位置情報を制御装置120へ送信する(S502 Yes)。
制御装置120は、計算機134から位置情報を受信すると、位置情報に基づいてマニピュレータ110で移載可能な物品Gの候補について取り出し手順をそれぞれ導出する。
制御装置120は、マニピュレータ110を動作させることにより、移載候補の中の一つの物品Gを決定する(S503)。
制御装置120は、保持機構1を開いた状態とするため圧力源12の方向切り替え弁12Cを駆動して加圧装置12Aと袋部材16を接続する。そして制御装置120は、加圧装置12Aを駆動して袋部材16内部を所定の圧力又は流量になるまで加圧する。これにより、保持機構1は、開いた状態となる(S504)。
保持機構1の袋部材16の内部が所定の圧力又は流量になるまで加圧されたと判定された場合、制御装置120は、圧力源12の駆動を停止する。保持機構1の袋部材16の内部が所定の圧力又は流量になるまで加圧されていないと判定した場合、袋部材16の膨張を継続する。
次に、制御装置120は、保持機構1に物品Gを保持させるためにマニピュレータ110を駆動し保持機構1を物品Gの近傍に移動し、保持機構1の位置姿勢を決定する。このとき制御装置120は、保持機構1に設けられたセンサで取得した物品Gの位置情報に基づいて開いた状態の保持機構1の姿勢を調整し、保持可能かを判定する(S505)。
制御装置120は、物品Gを保持可能と判定した場合(S505 Yes)、保持機構1で物品Gを保持するために、圧力源12の方向切り替え弁12Cを駆動して減圧装置12Bと袋部材16を接続する。そして、制御装置120は、減圧装置12Bを駆動して袋部材16の内部圧力を減少させる。このとき、保持機構1は、閉じた状態であり、物品Gを保持する(S506)。保持不可能と判定した場合(S505 No)、制御装置120は、保持機構1の姿勢を変更して別の方向から物品Gの近傍にアクセスする。
制御装置120は、保持機構1が物品Gを保持した状態で物品Gを搬送可能か判定する(S507)。制御装置120での判定は、例えばセンサにより検出された保持部10、11と物品Gとの接触状態や物品Gを持ち上げようとした時の物品Gの重量等に基づいて判定される。
制御装置120が搬送可能と判定した場合(S507 Yes)、制御装置120は、マニピュレータ110を動作させて物品Gを搬送装置140のベルトコンベア141上に移動する(S508)。
制御装置120が搬送不可能と判定した場合(S507 No)、制御装置120は、この物品Gを移載不可物品として登録する。別の移載候補の物品Gの移載を行う(S503に戻る)。マニピュレータ110で保持機構1を所定の場所に移動する。
物品Gをベルトコンベア141上に移動した後、制御装置120は、物品Gをベルトコンベア141上に載置するため、圧力源12を駆動して袋部材の内部を加圧する。詳しく述べると制御装置120は、保持機構1を開いた状態とするため圧力源12の方向切り替え弁12Cを駆動して加圧装置12Aと袋部材16を接続する。そして制御装置120は、加圧装置12Aを駆動して袋部材16の内部を所定の圧力又は流量になるまで加圧する。これにより、物品Gは、ベルトコンベア上に移載される(S509)。
移載がすべて完了すると、制御装置120は、移載完了信号を認識装置130へ送信する(S510)。
認識装置130は、積載領域150上に物品Gが残っているか確認するため、物品Gの位置計測を再び行う(S511)。移載候補の物品が残っている場合(S511 Yes)、計算機134は、位置情報を制御装置120へ送信し、物品Gの移載が行われる(S502へ戻る)。物品Gが残っていない場合は(S511 No)、制御装置120が移載完了信号を搬送制御装置142へ送信する(S512)。搬送制御装置142は、移載完了信号を受信すると、ベルトコンベア141を停止して処理が完了する(S513 ENDへ)。また、搬送制御装置142は、移載完了信号を受信すると、作業者に知らせる警報等を発しても良い。警報を聞いた作業者は、物品Gが無くなった積載領域(例えば、カゴ台車)を物品Gが積載されている積載領域(例えば、カゴ台車)に置き換えても良い。
上記説明で保持機構1の保持部は、2つの場合について説明したが、これに限定されない。本実施形態にかかる保持機構1は、少なくとも2つ以上の保持部で構成されれば物品Gを挟持可能であり、同一の作用効果を得ることができる。また、上記説明で突起部15A〜15Eは、それぞれ穴部H1を有することを説明したが、穴部H1は必須の構成では無い。縮小時に袋部材16内部が十分に減圧されれば穴部H1は無くても良い。
上記説明では、保持機構1と制御装置120を別構成として説明したが、これに限定されない。保持機構1が制御装置120の機能の一部又は全部を有していても良い。
本実施形態にかかる保持機構1は、袋部材16内部の圧力変化により生じる力を利用して物品Gを保持するため、物品Gに対してコンプライアンス性の高い柔軟な保持ができる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、弾性板14及び突起部15を覆う袋部材16を用いることにより物品Gの外形に弾性板14及び袋部材16が倣うため、様々な形状の物品Gを保持できる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、弾性板14、突起部15、及び袋部材16を主構成とすることにより非常に簡易な構成とすることができる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、曲げセンサ、接触センサ、圧力センサ、流量センサ、及び重量センサ等の各種センサが備えられているため、物品Gの載置環境や物品Gの保持状態等の情報を適切に検出することができる。また、これらの情報を制御装置120に出力できる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、例えば基台13に保持対象物品の位置や距離情報を取得するセンサが備えられているため、保持対象物品の位置や姿勢を正確に検出できる。
また、本実施形態にかかるハンドリングロボットシステム100は、認識装置130の認識と保持機構1の各種センサのセンシングを組合せることにより、正確かつ安定して物品Gを保持することができる。
また、本実施形態では弾性板14と袋部材16を個別に構成していたが、予め弾性板14と袋部材16とが接着されていることや、弾性板14と袋部材16が一体構造でもあっても良い。
また、突起部は弾性板14上ではなく、袋部材内面に配置されていても良い。また、突起部材は弾性板と袋部材のどちらにも固定されていなくても良い。
本実施形態にかかるハンドリングロボットシステム100は、物品Gが載置された棚等まで自立移動して物品Gのピッキングや検品を行うピッキング装置や検品装置を含む。また、物品Gを入れた荷台を備え、荷台から棚等へ物品Gを品出しする品出し装置や荷入れ装置を含む。また、カゴ台車等に積載された物品Gを荷降ろしする荷降ろし装置を含む。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図6を参照して説明する。図6は、第2の実施形態にかかる保持機構1の一例を示す図である。図6(a)は、開いた状態の保持機構を+Y方向から見た正面図である。図6(b)は、開いた状態の保持機構を−Z方向から見た図である。図6(b)では、圧力源12を省略して図示している。図6に示すように第2の実施形態にかかる保持機構1は、保持部の袋部材16の表面に吸着部17が設けられている。それ以外の構成については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
吸着部17は、物品Gと接触する袋部材16の表面上に設けられる。吸着部17の数は、突起部15の数と同数であることが好ましいが、これに限定されない。また、吸着部17は、X方向に並んで配置されている場合に限定されず、XY面に自由に配置することができる。
吸着部17は、真空エジェクタ、真空ポンプ、真空ブロワ等の真空発生器と組み合わせて構成されても良い。吸着部17は、ゴム製又は樹脂製の吸盤等である。また、吸盤の代わりに、例えば粘着剤、粘着テープなどを用いても良い。また、吸着部17は、チューブ(図示しない)を介して圧力源12に接続されても良い。圧力源12の減圧装置12Bにより、吸着部17と物品Gが接触している空間を減圧することにより、吸着しても良い。また、チューブ(図示しない)は、それぞれ別の圧力源に接続されても良い。
本実施形態にかかる保持機構1は、開いた状態でも吸着部17の吸着を利用して物品Gを保持できるため、物品Gの形状に応じて保持機構1の形態を適宜選択できる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、弾性板14の屈曲による挟持と吸着部17による吸着を組み合わせた保持が可能となり、より安定して物品Gを保持できる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、吸着部17のそれぞれが物品Gを吸着するため、保持機構よりも大きい物品Gを保持することもできる。
また、本実施形態にかかる保持機構1は、吸着部17のいずれかが破損している場合であっても、他の吸着部を利用して物品Gを保持することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について図7を参照して説明する。図7は、第3の実施形態にかかる保持機構1の一例を示す図である。図7(a)は、開いた状態の保持機構1を+Y方向から見た正面図を示す。図7(b)は、開いた状態の保持機構1を−Z方向から見た図を示す。図7(c)は、保持機構1が閉じた状態の一例を示す斜視図である。図7(c)では、円柱状の物品Gを保持している状態を示す。図7(b)(c)では、圧力源12を省略して図示している。
図7(b)に示すように第3の実施形態にかかる保持機構1は、複数の突起部15をY方向に互いにずらした構成である。また、第1の実施形態にかかる保持機構と比較して弾性板14と突起部15の位置が異なる。それ以外の構成については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
突起部15の配置について詳しく述べると、突起部15は弾性板14がX方向に対してZ軸回りに所定の角度回転した状態で弾性板14の表面に固定されている。これにより、保持機構1の袋部材16の内部が減圧されると(保持機構が閉じた状態となる)、袋部材16が物品Gに巻き付いて保持することができる。図7(c)に示すように袋部材16が円筒状の物品Gに螺旋状に巻き付いているのが解る。突起部15それぞれが互いにずれて配置されるため、袋部材16同士の接触を回避し、様々な大きさや太さの物品Gを保持することができる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について図8を参照して説明する。図8は、第4の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。図8は、開いた状態の保持機構を+Y方向から見た正面図を示す。図8では、圧力源12を省略して図示している。
図8に示すように第4の実施形態にかかる保持機構1は、保持部11に代わり板部材18、を含む。それ以外の構成については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
保持機構1の保持部10は、X方向に沿って配置されている。また、板部材18は、Z方向に沿って配置される。保持部10は、板部材18の+Z方向の端部付近に接続される。板部材18は、基台13として機能しても良い。保持部10のチューブ16Aは、板部材18を通り圧力源12に接続される。
保持部10の袋部材16の内部が減圧されると(保持機構が閉じた状態となる)、保持部10と板部材18で物品Gを挟み込むように保持することができる。板部材18が剛体であるため、物品Gの搬送時の振動の耐性を増すことができる。また、板部材18が剛体であるため、板部材18を物品Gと当接することにより物品Gの位置姿勢を変更しつつ、保持しやすい位置に物品Gを位置決めすることができる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態について図9を参照して説明する。図9は、第5の実施形態にかかる保持機構1の一例を示す図である。図9は、伸長状態の保持機構を+Y方向から見た正面図を示す。図9では、圧力源12を省略して図示している。
第5の実施形態にかかる保持機構1は、保持部が1つである。また、突起部15が弾性板14の表面S1と表面S1の反対側の表面S2に設けられている。図9に示すように弾性板14の表面S1と表面S2に配置された突起部15は、Z方向にそれぞれずらして配置されている。詳しく述べると、突起部15A、15B、15C、15Dは所定の間隔で表面S1上に設けられている。一方、突起部15E、15Fは所定の間隔で表面S2上に設けられている。また、Z方向に沿った位置で突起部15Eと15Fは、突起部15Bと15Cの間に位置する。
袋部材16の先端部には、吸盤19が設けられている。それ以外の構成については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
保持機構1の保持部10内部が減圧されると、袋部材16が収縮しZ軸方向に縮小する。詳しく述べると、保持部10が縮小するのは、突起部15の配置に応じて弾性板14が変形するためである。突起部15E、15Fの間隔は、突起部15B、15Cの間隔より狭いので、袋部材16が減圧されると突起部15E、15Fの先端が近づくように変形するため突起部15E、15Fの間の弾性板14は+X方向に変形する。一方、突起部15A、15Bと突起部15C、15Dの間の弾性板14は、−X方向にそれぞれ変形する。
図10は、第5の実施形態にかかる保持機構1の動作の一例を示す図である。
図10(a)は、縮小状態の保持機構1を示す。図10(b)は、伸長した保持機構1が物品Gを保持する際の状態を示す。図10(c)は、物品Gを保持した保持機構1が縮小し、物品Gを持ち上げた状態を示す。
図10(a)に示すように保持機構1は、保持する前に縮小した状態で物品Gの上部に位置する。この時、保持部10は、圧力源12の減圧装置12Bと接続され、袋部材16が減圧された状態である。
図10(b)に示すように保持機構1は、物品Gを保持する際、保持部10を伸長させつつ、吸盤を物品Gに当接させる。この時、保持部10は、圧力源12の加圧装置12Aと接続され、袋部材16が加圧された状態である。
図10(c)に示すように保持機構1は、物品Gを保持した後、保持部10を縮小させて、物品Gを持ち上げる。この時、保持部10は、圧力源12の減圧装置12Bと接続され、袋部材16が減圧された状態である。
本実施形態にかかる保持機構1は、袋部材16の内部圧力を変化することにより保持部10を伸縮動作させることができる。
本実施形態にかかる保持機構1は、物品Gが密集して配置されている場合等、挟持では物品Gの保持が難しい場合でも効率良く物品Gを保持することができる。
(第6の実施形態)
第6の実施形態について図11を参照して説明する。
図11は、第6の実施形態にかかる保持機構1の一例を示す図である。図11(a)は、第6の実施形態にかかる保持機構を+Y方向から見た正面図を示す。図11(b)は、第6の実施形態にかかる保持機構を−Z方向から見た図を示す。図11(b)では、圧力源12を省略して図示している。
図11に示すように第6の実施形態にかかる保持機構は、袋部材16が吸盤状に形成されており、袋部材16の内部に弾性板14と突起部15を含む構成である。図11に示すように吸盤状の袋部材16は、例えば円錐形状である。吸盤状の袋部材16は、それ自体が吸盤として機能するように圧力源12と接続されている。それ以外の構成については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
図12は、本実施形態にかかる保持機構の挟持動作を示す図である。保持機構1の挟持動作の原理については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
本実施形態にかかる保持機構1は、吸盤状の袋部材16による真空吸着に加えて保持部の挟持動作も可能となるため、より安定して物品Gを保持することができる。挟持動作が可能であることにより、吸着が難しい通気性のあるメッシュ状の物体や衣類に対しても安定した保持が可能となる。また、吸着の場合は、吸盤サイズ以上の物体を保持可能であるため、本実施形態にかかる保持機構1は、より多様の物品の保持に対応できる。
(第7の実施形態)
第7の実施形態について図13を参照して説明する。図13は、第7の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。図13は、保持機構1を+Y方向から見た正面図を示す。
図13に示すように第7の実施形態にかかる保持機構1は、弾性板14に突起部15を一つのみ有する構成である。それ以外の構成については、第1の実施形態にかかる保持機構と同様である。
これにより、保持機構1は、袋部材16を減圧時に突起部15が突出する形態となり、凹形状の物品Gを引掛けて保持することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。